Universidad del Cauca Laboratorio de vibraciones y ondas Departamento de Física
Determinación de espaciados micrométricos a través de difracción. (Ondas electromagnéticas Visible) OBJETIVOS
Estudiar los fenómenos de difracción de la luz a través de montajes simples. Obtener el espesor de un cabello de un compañero a partir de la difracción. Determinar el espaciamiento entre pistas de sonido de un CD y DVD.
MONTAJE EXPERIMENTAL
FUNDAMENTOS TEÓRICOS Cuando un haz de luz monocromática, como la del puntero láser, incide en una ranura estrecha (del orden de la longitud de onda de la luz), se obtiene un patrón de luz, proyectado sobre una pantalla situada a una distancia de la rendija. Este patrón, formado por la interferencia de las ondas, se caracteriza por unas franjas de luz equiespaciadas, cada vez menos intensas al alejarnos del centro, separadas por huecos vacíos, que corresponden a los máximos y mínimos de la difracción de la luz por la rendija. A este fenómeno se le conoce como difracción de Fraunhofer.
Universidad del Cauca Laboratorio de vibraciones y ondas Departamento de Física Si hacemos incidir el haz laser por una abertura circular de tamaño similar al haz, el patrón que se obtiene es un círculo central (mancha de Airy), que corresponde al máximo de orden cero, rodeado por coronas circulares cada vez menos intensas, que corresponden a los siguientes máximos.
Al situar un objeto delgado en el camino del haz de luz, se va a producir el mismo patrón de difracción que el de la rendija (principio de Babinet). Para calcular el grosor del pelo tan sólo tenemos que utilizar la siguiente ecuación:
donde: • d es el grosor del obstáculo, en nuestro caso el cabello. • m es el orden de los máximos, en nuestro caso tomamos m=1. • es la longitud de onda del láser (indicado en el propio láser). Si no lo encuentras, los punteros láser rojos tienen 650nm o 692.8 nm y los verdes 532nm. * D es la distancia entre el pelo y la pantalla donde observas el patrón (ponlo a algo alejado, como 2 metros. Ojo, depende del tipo de láser empleado) • L es la distancia entre máximos simétricos, en nuestro caso entre los dos situados a ambos lados del central. Debido a que el espaciado entre las pistas de un CD, DVD, es de orden micrométrico, se pueden utilizar como una rejilla de difracción, con lo cual se tendrá una desviación del haz de luz que sobre estos incida. De aquí se puede establecer que se formaran una serie de puntos los cuales guardan cierta relación debido a los órdenes de la interferencia que se presenta, y que por triangulación son:
Donde a es la distancia del objeto a donde se forman dichos patrones, y b la distancia entre ordenes sucesivos de interferencia sobre la pantalla (ejemplo: orden 0 y orden 1). Mediante el uso de la ley de bragg donde ranuras.
, n – orden de interferencia y d es la separación entre
MATERIALES
Laser He-Ne
Pantalla
Papel u hojas de cuadernillo para realizar informe
Banco Óptico
Metro
CD y DVD
Rejilla de difracción
Universidad del Cauca Laboratorio de vibraciones y ondas Departamento de Física
PROCEDIMIENTO Y ANALISIS 1. ¿En qué consiste y cuándo se produce la difracción de una onda? Enumera ejemplos de manifestaciones cotidianas del fenómeno. 2. Que hace la rejilla de difracción sobre una onda electromagnética que incide sobre su superficie. Observar los efectos de hacer incidir un haz laser sobre una red de difracción, vea el espaciamiento entre puntos brillantes, y concluir. 3. Alinear el laser en un banco óptico. Ponga una pantalla enfrente de este de manera alejada. 4. Sobre un marco poner un cabello de un amigo y se ubica entre la pantalla y el laser. 5. Observe los patrones de difracción y mida las variable físicas que cree adecuado para el cálculo de el espesor del cabello. 6. Para el trabajo con el CD y el DVD, se sujeta el objeto de manera vertical utilizando un apoyo, de tal manera el haz de luz laser incida de manera ortogonal al plano del CD/DVD.
7. Situé entre el puntero y el CD/DVD, una pantalla a unos 10- 30 cm del CD con la cara blanca hacia el CD. (debe tener un orificio para que llegue la luz hacia el CD/DVD) 8. Medir las distancias del laser a la pantalla, laser al CD/DVD, CD/DVD a la pantalla, distancias entre manchas debidas a la difracción. 9. Determine el ángulo que se forma, en la interferencia de los haces de orden 0 y orden 1. 10. Determine el espaciamiento entre tracks sucesivos de un CD/DVD, y Repite las medidas modificando la distancia pantalla-CD para obtener un valor medio de la distancia d.
a
b
Sin φ
d
11. Cuantas líneas por mm tiene la rejilla de difracción. 12. ANALIZAR Y CONCLUIR.
